來源:第一電動網(wǎng)??
本文對全球的電動汽車充電標(biāo)準(zhǔn),特別是中國的充電標(biāo)準(zhǔn)做一些梳理,以方便大家了解當(dāng)前存在的一些問題 。
1)全球電力低壓配電系統(tǒng)概覽
充電產(chǎn)業(yè),在媒體上號稱有1000億,不過現(xiàn)實的問題是中國的標(biāo)準(zhǔn)目前都在修訂中,這個有些搞笑了。談充電網(wǎng)絡(luò)這個概念,是需要從ISO和IEC的標(biāo)準(zhǔn)體系談起的。電動汽車充電系統(tǒng),首先是建立在全球的低壓配電電網(wǎng)存在較大差異的條件下進(jìn)行的。如圖1所示,從電網(wǎng)的基礎(chǔ)來看,電壓和頻率存在較大的差異,而更大的差異來自家庭的三相到戶的情況、家庭總的功率容量和電能質(zhì)量這些較為細(xì)節(jié)的點。
其實正是有著這個大背景,既造成了后續(xù)的充電標(biāo)準(zhǔn)的差異,也造成了迫切融合的需求發(fā)生,如果按照普通電氣來開發(fā)車輛的交流充電/直流系統(tǒng)是完成不可接受的,如果造成過大的差異,就會造成車輛在全球不同地區(qū)不同版本,整個成本一下子就上去不少。
圖1 全球低壓配電電壓頻率
2)電動汽車充電標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)
電動汽車汽車充電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)有以下幾個標(biāo)委會牽頭:
A)IEC TC 23 國際電動委員會
電氣附件 Electrical accessories SC 23H 工業(yè)插頭插座Industrial plugs and socket-outlets
B)IEC TC69國際電動委員會
電動道路車輛及電動工業(yè)貨車技術(shù)委員會 Electric road vehicles and electric industrial trucks
C)ISO的TC22 電氣電子設(shè)備 Electrical and electronic equipment
產(chǎn)業(yè)在電氣化的過程中,畢竟由歐洲(德國為主)、美國、日本和中國這幾個國家的汽車公司所主導(dǎo),所以目前電動汽車供電設(shè)備(EVSE)與電動汽車之間的互聯(lián),主要由這幾個標(biāo)準(zhǔn)來界定。在這些關(guān)鍵的標(biāo)準(zhǔn)里面,基本上中國都派出了人員參與,擔(dān)任一定的職責(zé)。
圖2 電動乘用車相關(guān)充電標(biāo)準(zhǔn)
2.1 IEC TC69 分標(biāo)委
該標(biāo)委會主要是協(xié)調(diào)車輛和電氣之間的內(nèi)容,偏向于系統(tǒng)層面的內(nèi)容。下面的標(biāo)準(zhǔn),又可以細(xì)分成三個部分
2.1.1 常規(guī)充電要求
主要用來界定一些基本要求:
IEC61851‐1: 充電系統(tǒng)總體要求
IEC61851‐21‐1: 充電系統(tǒng) 車載充電機(jī)EMC要求
IEC61851‐21‐2: 充電系統(tǒng) 非車載充電系統(tǒng)EMC要求
IEC61851‐23: 直流充電樁
IEC61851:24:直流充電通信要求
2.1.2 無線充電標(biāo)準(zhǔn)
無線標(biāo)準(zhǔn),這將是下一波充電和交互的主要形態(tài),這個工作主要由TC69分標(biāo)委負(fù)責(zé)。
IEC61980‐1: 無線充電基本要求
IEC61980‐2: 無線充電通信
IEC61980‐3: 特殊要求
2.1.3 V2G標(biāo)準(zhǔn)
這個部分是涉及到我們要講的電網(wǎng)與電動汽車網(wǎng)絡(luò)通信的要求,由于車輛的電池的壽命實際情況,還遠(yuǎn)一些。
ISO 15118‐1: V2G基本信息
ISO 15118‐2: V2G拓?fù)浜蚈SI層
ISO 15118‐3: V2G物理&數(shù)據(jù)鏈路層
ISO 15118‐4 Ed.1: V2G網(wǎng)絡(luò)和拓?fù)?/span>
ISO 15118‐5 Ed.1: V2G物理&數(shù)據(jù)鏈路層測試
ISO 15118‐6 Ed. 1.0: V2G 無線充電
2.1.4 安全標(biāo)準(zhǔn)
最后最為核心的安全標(biāo)準(zhǔn)是TC22分標(biāo)委下面的ISO/IEC 17409安全要求。
2.2 IEC SC23H 分標(biāo)委
該分標(biāo)委主要是處理接頭的,下面界定充電接口的物理性狀的要求,如表1所示,這是導(dǎo)致全球不同充電接口不一樣的那部分。不過也是由于本身的局部電網(wǎng)的差異造成了一定差異性。
IEC62196‐1: 插頭插座基本要求
IEC62196‐2: 交流尺寸和互換性要求,主要包含Type1(美國、加拿大、韓國、日本、澳大利亞等地)、Type2(歐盟)和中國標(biāo)準(zhǔn)三種。
IEC62196‐3+62196‐3‐1: 直流尺寸和互換性要求,包含在Type1和Type2上演進(jìn)的Combo1&2系統(tǒng)和中國直流充電接口和CHAdeMO四種類型,其中前兩者使用的控制邏輯都是一樣的基于PLC的,而后兩個都是基于CAN協(xié)議的。
表1 電動汽車車端充電插座概覽
這里需要說明的是,如前所述,歐洲特別是德國有三相電的充電訴求,使得該接口很復(fù)雜,有好幾種配置,單相交流、三相交流、低功率直流和中等功率直流,特斯拉在歐洲和現(xiàn)在中國使用的直流充電配置,就是如圖3的最右邊的連接方式。
不看你一定后悔!全球電動汽車充電標(biāo)準(zhǔn)最詳解析
圖3 Type2 的不同配置
在美國,SAE汽車工程協(xié)會制定了SAE的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),大部分是與以上的IEC/ISO標(biāo)準(zhǔn)兼容的,不過具備更多的實踐意味。
1.SAEJ1772 對應(yīng)IEC61851,順帶定義了IEC62196的所有內(nèi)容
2.SAEJ 2847 J2931 直流充電消息、通信和拓?fù)?/span>
3.SAE J2836 USER CASE
4.SAE J2953 電動汽車和充電設(shè)施互通性
5.SAE J2894/2 充電設(shè)備電能質(zhì)量/測試辦法
6.SAEJ2954 無線充電
3)中國充電標(biāo)準(zhǔn)
中國的充電標(biāo)準(zhǔn)體系如下:
3.1已有的充電標(biāo)準(zhǔn)
1.GB/T 18487.1-2001 電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 一般要求
2.GB/T 18487.2-2001 電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)
電動車輛與交流/直流電源的連接要求:
3.GB/T 18487.3-2001 電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 電動車輛交流/直流充電機(jī)(站)
4.GB/T 20234.1-2011 電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第1部分:通用要求
5.GB/T 20234.2-2011 電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第2部分:交流充電接口
6.GB/T 20234.3-2011 電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第3部分:直流充電接口
7.GB/T 27930-2011 電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議
8.QCT 895-2011 電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機(jī)
3.2電網(wǎng)對充電設(shè)施的要求
1.GB/T 29316-2012 電動汽車充換電設(shè)施電能質(zhì)量技術(shù)要求
2.GB/T 29317-2012 電動汽車充換電設(shè)施術(shù)語
3.GB/T 28569-2012 電動汽車交流充電樁電能計量
4.GB/T 29318-2012 電動汽車非車載充電機(jī)電能計量
3.3在進(jìn)行中的相關(guān)要求
1.電動汽車充電線纜盒通用要求
2.電動汽車無線充電系統(tǒng)通用要求
3.電動汽車充電連接裝置檢驗試驗規(guī)范車輛側(cè)
4.電動汽車智能車載終端車與充換電設(shè)施互動控制技術(shù)條件
這里重點談一談,當(dāng)前的一些問題。充電這個事情,其實是屬于汽車標(biāo)委會和電力標(biāo)委會乃至電工標(biāo)委會綜合的那塊,里面包含了低壓配電、電能質(zhì)量、車輛控制、電氣連接等要求。這個事情和傳統(tǒng)的車主導(dǎo)或者是電力企業(yè)主導(dǎo)都不一樣,兩邊坐一塊你覺得會怎么樣?輕易是不會出結(jié)果的,兩邊都需要拿出證據(jù)、數(shù)據(jù)乃至測試結(jié)果,還有標(biāo)委會下面的相關(guān)單位也得提意見,這活一點都不好干。
這次修訂的20234.1.2.3,主要是接口方面,主要是對電子鎖位置、引腳尺寸、干涉情況做個系統(tǒng)性的修正,如圖4所示。
圖4 引腳和干涉問題
4)直流充電的安全性問題
直流充電這個事情安全性很重要,要基本考慮以下的問題:
1. 絕緣失效 水、塵、對地絕緣退化、機(jī)械損壞
2. 帶電部件直接接觸 基本保護(hù)失效(外殼、機(jī)械損壞、絕緣)
3. 過高電壓
1. 外部(電網(wǎng)) 閃變 和內(nèi)部開關(guān)切換
2. 內(nèi)部(系統(tǒng)) 轉(zhuǎn)換器、控制失效和通信失效
4. 過流 轉(zhuǎn)換器|控制|通信失效
5. 短路 水、塵、 絕緣失效、電子失效、機(jī)械損壞
6. 意外反向能流 轉(zhuǎn)換器|控制|通信失效
7. 交流保護(hù)設(shè)備斷開 交直流電路意外連接、控制通信失效
8. 插頭|插座上意外高電壓斷開設(shè)備失效、電子失效和帶載斷開
9. 過溫 塵土、連接性能衰退、未完成插合和過流
10. 熱斷開 鎖止|控制|通信失效
11. PE失效 機(jī)械損壞
在美國,即使在標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定了很多措施,車廠拼命在努力保證安全,美國道路安全局NHTSA在評估這塊的的實驗的里面,對直流充電系統(tǒng)也做了更多的故障注入試驗,有了系統(tǒng)層面的通盤的考慮,對各種各樣可能發(fā)生的問題去考慮。高壓系統(tǒng):對于高壓系統(tǒng)的一些問題,即使車輛做的很高,如果直流充電樁有各種問題,不受控整車需要有個正確的反應(yīng)。
* DC Bus Short Test
* DC Bus Held High Test
* Overcharge Test
* Charge Connector HV Connection Disturbance
控制系統(tǒng):整車的12V系統(tǒng),甚至是連接的信號系統(tǒng)受到各種各樣的干擾和問題。
* Ground Fault Test
* Chassis Ground Offset Test
* 12V System Under voltage Test
* 12V System Disturbance Test
* 12V System EMI/EMC Test
* BMS Internal Fault Detection
* System Overvoltage Test (12V Board Net)
* Charge Operation Disturbance Test
* Charge Connector Control Signal Disturbance Test
* Charge Connector Field Ground Connection Disturbance
其他:各種各樣奇葩的系統(tǒng)問題。
* Vehicle Crash or Bump Test
* Vehicle Movement Test
* Visual Inspection of Charge Port
* Cooling Heating System
摘取幾個很有趣的實驗結(jié)果:
a)冷卻液給鉗住了
45A充電電流,從40degC開始(通過反復(fù)的加速和制動能量回收,將電池系統(tǒng)的溫度提升上去),限制冷卻液流動,溫度上升到42.5degC。
b)過壓10%
輸出電壓由于是和電池系統(tǒng)相等的,充電樁如果在設(shè)置上出錯,設(shè)置升到比較高電壓,是需要等SOC高到一定程度的,電壓沒有那么容易上去,當(dāng)SOC比較高的時候,系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)這個問題,有一段恒壓之后的上升,系統(tǒng)分析SOC和輸出電壓,然后切斷了系統(tǒng)。
c)接口的斷開
從分?jǐn)嗪欣锩妫瑢⒄龢O、負(fù)極切斷。
d)總線短路
充電機(jī)沒有啟動起來,車也沒有要求輸出電壓,車載系統(tǒng)是先檢測輸入電壓的情況來判斷要不要給充電。
5)充電兼容性測試
我接觸充電的事務(wù)五年多,這是第一回要做測試,所以還是要竭力給宣傳一下,這次不管怎么樣,總歸是對的。電動汽車充電接口及通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)GB/T18487.1、GB/T20234、GB/T27930已完成送審稿,國家標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范》、《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議一致性測試》已完成征求意見稿,為驗證標(biāo)準(zhǔn)開展電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試活動,現(xiàn)將有關(guān)事項通知如下:
目的:統(tǒng)一測試程序,驗證測試內(nèi)容;統(tǒng)一測試平臺,驗證電動汽車和充電設(shè)施;開展實驗室測試與電動汽車和充電設(shè)施實際充電測試結(jié)果對比,驗證標(biāo)準(zhǔn)。
測試過程
1.第一階段:測試準(zhǔn)備。選定測試實驗室,統(tǒng)一測試程序及測試平臺,成立測試專家組。
2.第二階段:產(chǎn)品測試
3.第三階段:實車實樁驗證。
活動報名地址:http://dls.cec.org.cn/dongtai/2015-09-16/143147.html
整個測試系統(tǒng)主要還是用分?jǐn)嗪衼頊y試的如下四部分:
1. 直流充電樁測試:連接確認(rèn)測試、自檢階段測試、充電準(zhǔn)備就緒測試、充電階段測試、正常充電結(jié)束測試、充電連接、控制時序測試、通信中斷測試、開關(guān)S斷開測試、車輛接口斷開測試、絕緣故障測試、PE斷針測試、其他充電故障、輸出電壓控制誤差測試、輸出電流控制誤差測試、輸出電流控制時間測試、輸出電流停止速率測試、反灌沖擊電流測試、CAN通信干擾測試、控制導(dǎo)引電阻值測試。
2. 交流充電樁測試:連接確認(rèn)測試、充電準(zhǔn)備就緒測試、啟動及充電階段測試、正常充電結(jié)束測試、充電連接控制時序測試、斷開開關(guān)S3測試、CC中斷測試、CC接地測試、CP中斷測試、CP接地測試、CP斷電測試、PE斷針測試、失電狀態(tài)測試、輸出過流測試、PWM中斷測試、PWM自恢復(fù)測試、PWM占空比變化和電流測試、占空比超限測試、PWM頻率超限測試、CP回路電阻測試、CC回路電阻測試。
3. 電動汽車直流充電測試:連接確認(rèn)測試、自檢階段測試、充電準(zhǔn)備就緒測試、充電階段測試、正常充電結(jié)束測試、充電連接控制時序測試、通信中斷測試、開關(guān)S斷開測試、車輛接口斷開測試、絕緣故障測試、PE斷針測試、其他充電故障測試、輸出電壓控制誤差測試、輸出電流控制誤差測試、輸出電流控制時間測試、輸出電流停止速率測試、反灌沖擊電流測試、CAN通信干擾測試、控制導(dǎo)引電阻測試。
4. 電動汽車直流充電測試:連接確認(rèn)測試、充電準(zhǔn)備就緒測試、啟動及充電階段測試、正常充電結(jié)束測試、充電連接控制時序測試、斷開開關(guān)S3測試、CC中斷測試、CC接地測試、CP中斷測試、CP接地測試、CP斷電測試、PE斷針測試、失電狀態(tài)測試、輸出過流測試、PWM中斷測試、PWM自恢復(fù)測試、PWM占空比變化和電流測試、PWM占空比超限測試、PWM頻率超限測試、CP回路電阻測試、CC回路電阻測試。
對比一下SAE J2953 電動汽車和充電設(shè)施互通性測試,這個測試偏向于驗證這些產(chǎn)品行不行,而不是驗證互相的兼容性,所以對CP信號的規(guī)格完完全全沒怎么做過多測試,對比一下下面的J2953做出來的測試報告,側(cè)重點差距有些大。
不管怎么說,用試驗來驗證規(guī)范,這真是可喜的一大步了。
圖5 互通性測試報告
本文小結(jié)
1) 充電這個事情,無論車企和充電產(chǎn)業(yè)的,都逃不開,大家的利益其實比較一致,怎么掌握個洽談機(jī)制很重要。
2) 后續(xù)新能源汽車的發(fā)展,很大一部分和基礎(chǔ)設(shè)施有關(guān),這里不僅有這個充電的規(guī)范,還有充電怎么和停車位進(jìn)行耦合的事情,這個技術(shù)層面的不能讓事變好,但是做不好絕對讓人難受。
3) 按照現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)討論的模式,充電標(biāo)準(zhǔn)還需要一些改進(jìn)和優(yōu)化的過程。